http://93.174.130.82/news/shownews.aspx?id=4246cc28-c832-4958-b2f7-e81cecda21a6&print=1© 2024 Российская академия наук
В Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН (Кемерово) разработан комплекс технологий выделения из бурых углей гуминовых препаратов. Они могут служить в качестве стимуляторов роста и удобрений для сельскохозяйственных растений, а также быть полезными при рекультивации почв.
Гуминовые препараты исследуются уже давно, их эффективность была показана более 50 лет назад в Херсонском университете Лидией Христевой. Выделив из обычной почвы гуминовые кислоты в виде раствора натриевых солей, она полила им растения и обнаружила, что они ускорили свой рост, образуя мощную корневую систему. Гуминовые кислоты рассматриваются в качестве средства, которое поможет сделать сельское хозяйство максимально экологичным, эффективным и экономичным. Кроме того, было замечено, что гуматы не только стимулируют, но и предохраняют растение от лишних доз минеральных удобрений, токсичных элементов, которые попадают в почву в зонах интенсивной промышленности, повышается устойчивость к засухам и болезням. Еще одна сфера их применения – рекультивация нарушенных земель.
- Эти исследования в нашем Институте ведутся по планам НИР и в рамках интеграционного проекта «Разработка научных основ энергосберегающих технологий, получение гуматов и ценных химических продуктов из бурых углей для восстановления природных условий земель в борьбе против опустынивания в Монголии и в качестве стимуляторов роста сельскохозяйственных культур». Со стороны Монголии этим проектом занимается профессор Национального университета, доктор химических наук Бямбажав Энхсаруул. От Сибирского отделения РАН участвует наш институт, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН (Новосибирск), Институт экологии человека СО РАН (Кемерово), Новосибирский институт органической химии СО РАН им. Н. Н. Ворожцова (Новосибирск), - рассказывает заведующий лабораторией химии бурых углей Института углехимии и химического материаловедения СО РАН кандидат химических наук Сергей Игоревич Жеребцов. — Понимание важности и своевременности этой проблемы мы встретили у наших коллег из Кемеровского научно-исследовательского института сельского хозяйства (КемНИИСХ) РАСХН под руководством его директора кандидата сельскохозяйственных наук Николая Алексеевича Лапшинова. Полевыми испытаниями гуматов на различных культурах руководит заместитель директора по научной работе доктор сельскохозяйственных наук Вера Никоноровна Пакуль. В вегетационный период 2011 года было заложено более 100 опытных делянок. По результатам исследований выявилось отличное стимулирующее действие гуматов на овес – урожайность 47 %. Внесение гуматов натрия и калия вызывает повышение общей биологической активности почв, целлюлозолитическая активность микроорганизмов также увеличилась в два раза. В этом году под продолжение опытов только на овсе заложено порядка 50 делянок.
– Мы отвечаем за общую методологию, выбор объекта, наработку опытных партий и физико-химические характеристики. Но основная цель наших исследований - обнаружение значимой связи «структура – свойство» в приложении к биостимулирующим показателям, - продолжает С. И. Жеребцов.
Действие гуматов замечено давно, но до сих пор нет понимания того, как же все-таки они стимулируют растения. Гуматы нестехиометричны, то есть когда мы говорим о них, то не можем вести разговор о молекулах, это – природные соединения нерегулярного состава, и все их свойства выведены только на основании статистических данных опытов. Проще говоря, даже зная, как выглядит общая химическая структура полученного гумата, невозможно по ней предсказать, как он будет действовать.
- До сих пор практика шла несколько впереди науки, замечает С. И. Жеребцов, - все делалось эмпиричечски, методом проб и ошибок. В последние годы, с образованием ИУХМ СО РАН ситуация меняется, и мы основываясь на статистических данных и зная подробно физико-химические свойства и химический состав, полученные на современных приборах, сможем все-таки выявить эту связь «структура – свойства» с помощью методов математической статистики. В итоге, по свойствам исходного образца гуматосодержащего материала можно будет судить о том, сколько получится гуматов из него, какими они будут обладать свойствами, и делать определенные прогнозы по их использованию. Есть гипотеза, что действие гуматов связано с тем, что некоторые участки этих органических соединений похожи на фитогормоны, но ее еще предстоит проверить. Сейчас идет наработка данных, применение на различных культурах: овес, горох, пшеница, различные травяные смеси.
В вегетационный период 2011 г. были проведены опыты на территории Ботанического сада Кемеровского научного центра СО РАН и на породных отвалах угольного разреза «Кедровский». После обработки гуматами семян пшеницы их всхожесть на лёссовидном суглинке (почве с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка) увеличилась на 10–16 %. При использовании гуминовых препаратов на техногенном элювии (геологических отложениях и почвах, формируемых в результате выветривания поверхностных горных пород) всхожесть пшеницы повысилась на 36 %. Подобная тенденция отмечена также и на многолетних травах. В условиях черноземов установлено, что гумат натрия и гумат калия стимулируют у овса рост массы в среднем на 60 % в сравнении с контролем и прирост массы зерен: показания разнятся в 14 раз. Также внесение гуматов стимулирует урожайность и у гороха: масса стручков увеличивается на 36 – 49 %, масса семян одного растения – на 80 %. В большинстве случаев применение этих соединений вызывают в черноземах стимуляцию общей биологической активности почв.
Гуматы могут вноситься в землю или использоваться для опрыскивания листьев, также можно предварительно обрабатывать ими семена. По словам С. И. Жеребцова, если, например, сутки подержать в растворе гуматов семена овса, то урожайность увеличивается на 40%. Концентрация гуматов не должна быть более 0,05%, эксперименты сибирских ученых проводились при значениях концентраций – 0,005 - 0,02%. Если её увеличить, то вместо стимуляции растений можно получить угнетение. Нормы внесения гуматов в почвы при этом также небольшие. В среднем необходимо всего около 3 кг гуматов на 1 гектар.
В разработке заинтересованы как представители сельского хозяйства, так и угольной отрасли, однако, пока выработка гуматов возможна лишь в лабораторных условиях – около 10 килограммов - что недостаточно для привлечения потенциальных заказчиков.
- Для решения этой проблемы необходимо создать универсальный опытно-промышленный стенд - говорит директор ИУХМ СО РАН член-корреспондент РАН Зинфер Ришатович Исмагилов. - Нами разработана технологическая схема, составлен список оборудования, есть коммерческие предложения от поставщиков, но пока нет средств на воплощение. Основное назначение стенда — обкатка технологий, получение опытных партий продукции: не только гуматов, можно нарабатывать горный воск, адсорбенты, кокс – с целью оптимизации процесса производства для каждого соединения. Стенд включает в себя блок экстракционной переработки углей и выделения горного воска и битумов, блок получения гуматных препаратов, пиролитическую установку для моделирования и исследования процессов получения кокса и углеродных материалов из углей, автоклавную установку для проведения экспериментов при повышенном давлении и наработки поверхностно активных веществ и др. Гуматы мы могли бы получать как в жидком, так и в гранулированном виде. Стоимость стенда – 20 млн. рублей, и в принципе, по предварительным расчетам он мог бы окупить себя за 3-3,5 года производством и продажей гуматных препаратов.
Площадь нарушенных земель в Кузбассе, требующих рекультивации, составляет 100 тыс. га, ежегодный прирост составляет 1 тыс. га. Потребность в гуматах для рекультивации может составить от 200 до 1000 тонн единовременно и от 2 до 10 тонн ежегодно. Для сельского хозяйства - от 1 500 до 7000 тонн ежегодно. Таким образом, в Кузбассе существует достаточно ёмкий рынок по гуматным препаратам.
Бурый уголь Тисульского месторождения Кемеровской области — перспективный источник гуминовых веществ. Из тонны угля можно получить от 280 до 700 кг гуматов. Производительность стендовой установки по гуматам составит 12 – 126 тонн в год. Этого хватит для ежегодной обработки 4000 – 42 000 га посевных земель. Планируемый период окупаемости стенда при таких условиях работы – 3-3,5 года.
Возможность применения гуматов в сельском хозяйстве совместно с минеральными удобрениями позволяет выращивать растения с более высокими показателями, но в то же время безвредные для человека, а способность стимулировать биологическую активность почв определяет их перспективность для использования при рекультивации. Эти факторы делают гуминовые препараты актуальным объектом исследования, который нуждается в дальнейшем детальном изучении.
Подготовила Юлия Позднякова, STRF